Nature | 植物多樣性增加了森林土壤碳氮積累
森林土壤儲存的碳(C)至少是活體植物的三倍,森林土壤碳庫對于維持土壤肥力和調節(jié)全球氣候變化至關重要。此外,土壤氮(N)儲量在支持土壤氮循環(huán)和氮有效性方面具有重要作用,從而促進了森林生態(tài)系統(tǒng)中的碳同化和植物生長。全球植物多樣性正在迅速下降,導致生態(tài)系統(tǒng)功能的退化,包括土壤的功能。局部尺度的研究表明,較高的植物生物多樣性增加了土壤C和N庫。然而,基于生物多樣性操縱實驗的植物多樣性與土壤碳、氮儲量之間的正相關關系是否可以外推到復雜的、非實驗性的自然森林生態(tài)系統(tǒng)中仍然存在爭議。該研究利用結構方程模型(SEM)分析加拿大國家森林(NFI)數(shù)據(jù)庫,研究了自然森林中樹木多樣性與土壤碳、氮積累的關系。
圖1 植物多樣性、特性、林齡、氣候和土壤條件對樹木生產(chǎn)力和土壤碳、氮儲量的直接和間接影響路徑
研究結果表明,在氣候和土壤條件的控制下,較高的植物多樣性與更大的土壤碳、氮積累有關。研究還發(fā)現(xiàn),通過促進樹木的均勻性和功能多樣性可以顯著提高有機層和礦物層的碳、氮積累。這一發(fā)現(xiàn)強調了在生物多樣性--生態(tài)系統(tǒng)功能關系中考慮除物種豐富度以外的生物多樣性指標的重要性。這些發(fā)現(xiàn)在某種程度上證明了生物多樣性操縱實驗推論的有效性,并支持了生物多樣性在維持地球生態(tài)系統(tǒng)功能中發(fā)揮著重要作用的結論。研究結果還表明,木材密度較高、最大樹高較低的森林具有較大的有機質層厚度,從而導致土壤碳積累。這表明,木材密度高的樹種可能產(chǎn)生更頑固的木材和樹皮凋落物,導致更多的凋落物C在有機層中積累。另外,土壤條件在控制土壤碳、氮積累方面起著主導作用,在礦質層C和N含量較高的林分中土壤碳、氮的積累較低,表明飽和效應影響了礦質層土壤碳、氮的積累。

圖2 樹木多樣性、氣候和土壤條件對有機土壤碳、氮儲量年際變化影響的結構方程模型
圖3 樹木多樣性、氣候和土壤條件對礦質層土壤碳、氮儲量年際變化影響的結構方程模型
該研究強調,促進樹木功能多樣性不僅能增加地上功能,還能減緩全球氣候變化,減少土壤退化。另外,該研究首次在大空間尺度上證明樹木多樣性對土壤碳、氮積累的長期影響,并指出利用森林進行碳、氮封存具有重要意義。
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05941-9
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